文档内容
第一讲 光电效应 波粒二象性
知识梳理
一、光电效应及其规律
1．光电效应现象
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，发射出来的电子叫光电子。
2．光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。
3．光电效应规律
(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
二、爱因斯坦光电效应方程
1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。
2．逸出功W：电子从金属中逸出所需做功的最小值。
0
3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能
的最大值。
4．光电效应方程
(1)表达式：hν＝E＋W 或E＝hν－W。
k 0 k 0
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功
W，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
0
三、光的波粒二象性
1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
2．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。
3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
四、物质波
任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动
量，h为普朗克常量。
考点一、光电效应规律的理解
1．对光电效应规律的解释对应规律 对规律的解释
电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W，则入射光子的能量不
存在截止频率ν 0
c 能小于W，对应的频率必须不小于ν＝，即截止频率
0 c
电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为
光电子的最大初动能随着
光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动
入射光频率的增大而增
能。对于确定的金属，W 是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光
大，与入射光的强度无关 0
频率的增大而增大，和光强无关
光照射金属时，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时
光电效应具有瞬时性
间
对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较
光较强时饱和电流较大
多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大
2．光电效应图像
图像名称 图线形状 获取信息
①截止频率(极限频率)ν：图线与ν轴交点的横坐
c
标
最大初动能E 与入射光
k ②逸出功W：图线与E 轴交点的纵坐标的绝对
频率ν的关系图线 0 k
值W＝|－E|＝E
0
③普朗克常量h：图线的斜率k＝h
①截止频率ν：图线与横轴的交点的横坐标
c
遏止电压U 与入射光频 ②遏止电压U：随入射光频率的增大而增大
c c
率ν的关系图线
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量
的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
①遏止电压U：图线与横轴的交点的横坐标
颜色相同、强度不同的 c
光，光电流与电压的关 ②饱和电流：电流的最大值；
系
③最大初动能：E＝eU
k c
①遏止电压U 、U
c1 c2
颜色不同时，光电流与
②饱和电流
电压的关系
③最大初动能E ＝eU ，E ＝eU
k1 c1 k2 c2
例1、单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最
大初动能为E 。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E ，则该金属的逸出功为(
1 2
)
A．E－E B．E－2E
2 1 2 1
C．2E－E D．
1 2
例2、(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压 U 与
c
入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出( )A．该金属的截止频率
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
例3、研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数
B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零
D．光电效应反映了光具有波动性
例4、(多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I
与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则( )A．测量遏止电压U 时开关S应扳向“1”
c
B．只增大光照强度时，图乙中U 的值会增大
c
C．只增大光照强度时，图乙中I 的值会减小
0
D．阴极K所用材料的极限频率为
课堂随练
训练1、用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.28×10－19 J。已知普朗克常
量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(
)
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
训练2、如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为 λ 的单色光照射光电管的阴极K
0
时，电流表有示数。下列说法正确的是( )
A．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大
C．若改用波长小于λ 的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
0
D．若改用波长大于λ 的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
0
训练3、(2022·苏锡常镇四市第二次调研)在探究光电效应现象时，某同学分别用频率为ν 、ν 的两单色光
1 2
照射密封真空管的钠阴极，钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了两条
光电流与电压之间的关系曲线(甲、乙)，如图2所示，已知U ＝2U ，ν>ν ，普朗克常量用h表示。则以下
1 2 1 2
说法正确的是( )A．曲线甲为频率为ν 的光照射时的图像
1
B．频率为ν 的光在单位时间内照射到钠阴极的光子数多
1
C．两单色光的频率之比为2∶1
D．该金属的逸出功为h(2ν－ν)
2 1
训练4、(多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是( )
A．由图甲可求得普朗克常量h＝
B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小
C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
D．由图丁可知电压越高，则光电流越大
考点二、光的波粒二象性与物质波
1．对光的波粒二象性的理解
光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：
(1)从频率上看：频率越低的光波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高的光粒子性越显
著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，其穿透本领越强。
(2)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性。
(3)波动性与粒子性的统一：由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛
盾：表示粒子性的光子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν或波长λ。
(4)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。2．物质波
(1)定义：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。
(2)物质波的频率ν＝；物质波的波长λ＝＝，h是普朗克常量。
例1、(2022·上海师大附中高三学业考试)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先
后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则( )
A．图像(a)表明光具有波动性
B．图像(c)表明光具有粒子性
C．用紫外线观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
例2、我国初、高中学生及大学生近视眼率超过70%，现在医学上治疗近视眼时，用激光“焊接”视网
膜，所用激光的波长λ＝660 nm，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的传播速度c＝3×108
m/s，则该激光中每个光子的能量为( )
A．3.0×10－19 J B．1.6×10－19 J
C．1.0×10－19 J D．1.0×10－18 J
课堂随练
训练1、(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
训练2、一个德布罗意波波长为λ 的中子和另一个德布罗意波波长为λ 的氘核同向正碰后结合成一个氚
1 2
核，该氚核的德布罗意波波长为( )
A． B．
C． D．
同步训练
1、(2021·辽宁高考)赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生
电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是( )
A．玻尔 B．康普顿
C．爱因斯坦 D．德布罗意
2、下列说法错误的是( )
A．α射线能消除纺织过程产生的静电
B．γ射线可用于探测高铁轨道是否有裂缝
C．若质子、电子具有相同动能，则它们的物质波波长相等
D．普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的
3、(2021·高考河北卷，T3)普朗克常量h＝6.626×10－34 J·s，光速为c，电子质量为m，则在国际单位制下
e
的单位是( )
A．J/s B．m
C．J·m D．m/s
4、在研究光电效应实验中，某金属的逸出功为W，用波长为λ的单色光照射该金属发生了光电效应。已知
普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法正确的是 ( )
A．光电子的最大初动能为－W
B．该金属的截止频率为
C．若用波长为的单色光照射该金属，则光电子的最大初动能变为原来的2倍
D．若用波长为2λ的单色光照射该金属，一定可以发生光电效应
5、(2019·北京高考)光电管是一种利用光产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电
流。表中给出了6次实验的结果。
入射光子的 相对 光电流 逸出光电子的
组 次
能量/eV 光强 大小/mA 最大动能/eV
1 4.0 弱 29 0.9
第一组 2 4.0 中 43 0.9
3 4.0 强 60 0.9
4 6.0 弱 27 2.9
第二组 5 6.0 中 40 2.9
6 6.0 强 55 2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
6、(2022·广东省选择考模拟)下表给出了几种金属的极限频率，现用频率为4.80×1014～5.10×1014 Hz的橙
光，分别照射这几种金属，可以发生光电效应的是( )
金属 铯 铷 钠 锌
极限频率/×1014 Hz 4.55 5.15 5.56 8.07
A．铯 B．铷
C．钠 D．锌
7、(2022·北京丰台区二模)用如图所示的电路研究光电效应现象。实验中移动滑动变阻器滑片可以改变 K
与A之间电压的大小，闭合电键，电流表有示数。下列说法正确的是( )
A．向右移动滑片，电流表示数一定会一直增大
B．仅增大入射光频率，电流表示数一定增大
C．仅增大入射光强度，电流表示数一定增大
D．将电源正负极对调，电流表示数一定为零
8、用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。
图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 E 与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐
k
标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法正确的是( )
A．普朗克常量为h＝
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变9、(多选)对于甲和乙两种金属，其遏止电压U 与入射光频率ν的关系，如图所示，用h和e分别表示普朗
c
克常量和电子电荷量，则( )
A．两图线的斜率均为h
B．甲的逸出功为ea，乙的逸出功为eb
C．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射乙的入射光频率较高
D．若要两种金属都发生光电效应，照射乙的入射光强度必须大于照射甲的入射光强度
10、如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极
限波长是( )
A．2λ B．3λ
C．4λ D．6λ
11、(多选)(2021·安徽省六校联考)美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压U 与入射光频率ν，由此
c
算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性。已知电
子电荷量为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s。若某次实验中得到如图所示的U－ν图像，则下列
c
说法正确的是( )
A．该金属的截止频率与入射光的频率无关
B．遏止电压U 与入射光的频率和强弱都有关
c
C．由图像可知普朗克常量约为6.67×10－34 J·sD．实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的
12、我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴
极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中
形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W，普朗克常量为h，电子电荷量为e。
0
(1)求光电子到达A时的最大动能E ；
km
(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。
